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La mayoría de las veces se concibe una unidad condensadora para condensar por aire y la temperatura de condensación la diseñaremos entre unos 35ºC/40ºC. Esta temperatura nos la marcará la temperatura ambiente que tengamos en la zona de la instalación y puede que nos encontremos que la temperatura ambiente sea de unos 42ºC o hasta unos 45ºC. En estos casos la condensación de un sistema con aire nos llegará a los 50ºC o 55ºC. Con estas temperaturas de condensación los compresores sufren mucho y el rendimiento del equipo baja muchísimo.
Es por esto que si tenemos una central frigorífica que pueda admitir más servicios podemos utilizarla para condensar el equipo de congelados, ralizando un sistema en cascada.
¿Que es un sistema en cascada?
Un sistema en cascada está compuesto por dos sistemas frigoríficos independientes donde el de más baja temperatura condensa con la evaporación del primero.
Lo normal es tener un equipo, o central frigorífica, con temperaturas de evaporación de alta o media temperatura donde le añadimos un servicio más con un intercambiador, normalmente de placas soldadas. El refrigerante de este equipo puede ser cualquiera que trabaje correctamente a las temperaturas de evaporación elegidas. Puede ser R-744, R-717, R-290, R-513A, R-448A, etc.
El segundo equipo ya es un equipo para bajas temperaturas y como condensador utilizamos el circuito secundario del mismo condensador que tiene el primer equipo. El calor generado por el segundo equipo la absorbe el primero. Este segundo equipo ya suele llevar un refrigerante adaptado a las bajas temperaturas de evaporación y puede ser R-744, R-448, etc.
¿Cuando la utilizaremos?
Una instalación frigorífica o un equipo frigorífico, puede funcionar al 100% en cascada, condensando mediante otra instalación que normalmente es más eficiente y con un COP más elevado. Por ejemplo un equipo de congelados puede estar condensando gracias al sistema de otro equipo, o central frigorífica, en régimen de media o alta temperatura.
El sistema de condensación en cascada también lo podemos montar híbrido, con un primer condensador por aire y otro condensador de placas que esté refrigerado por el sistema primario.
Los motivos que nos empujarán a su utilización son varios:
- Mejor rendimiento frigorífico. Podemos condensar muy bajo, con subenfriamientos muy altos. Este subenfriamiento hace que el rendimiento se eleve muchísimo. También tenemos otra mejora en el rendimiento debido a la baja presión de descarga, reduciendo enormemente la temperatura de descarga.
- Alargar la vida del compresor. Debido a la baja temperatura de descarga, sumado a la menor presión de descarga, el compresor de congelados, tiene un menor esfuerzo, el aceite se degrada mucho menos, y por consiguiente se alarga la vida útil del compresor.
- Unificación del condensador. Debido a que el equipo condensa mediante la central de alta o de media, no hay que buscar un sitio exterior para el condensador del de baja, ahorrando instalación de tuberías.
- Mejora del rendimiento volumétrico. La baja relación de compresión aumenta el rendimiento volumétrico, haciendo posible llegar a temperaturas de evaporación ultra-bajas.
- Trabajar en subcrítico en R-744. Para temperaturas negativas con el refrigerante R-744 (CO2) podemos utilizar una central frigorífica en subcrítico sin las complicaciones de las centrales transcríticas.
A tener en cuenta de los sistemas en cascada
Un sistema bien diseñado no nos ha de dar problemas, pero tenemos que tener en cuenta varias cosas para que no tengamos sorpresas en su funcionamiento.
- Aislamiento de las tuberías. Debido a las bajas temperaturas que se pueden llegar en la aspiración, se debe de diseñar correctamente el aislamiento de este tubo. El tubo de líquido también se tendrá que aislar si la temperatura del líquido la tenemos por debajo del punto de rocío.
- Control de la presión de descarga / líquido. Se debe de controlar la presión mínima a la que llegaremos para el buen diseño tanto de las dimensiones de las tuberías como de las válvulas de expansión.
- Válvulas de expansión. Normalmente, las válvulas de expansión termostáticas no están diseñadas para una temperatura de líquido tan baja. Lo normal será que se monten válvulas de expansión electrónicas con el correcto dimensionado, adaptado al subenfriamiento que tendremos.
- Ojo si se para el primer grupo. El grupo o central frigorífica primaria no pueden fallar. Si se para, el segundo también. Para algunas aplicaciones se puede prever un condensador de aire suplementario para que el segundo equipo pueda funcionar en caso de fallo del primero. Puede ser que el diseño del sistema no permita esta opción, pero hay que tener en cuenta esta casuística.
Ejemplo de funcionamiento
Este esquema corresponde a un circuito real donde tenemos un grupo frigorífico para una cámara de congelados, funcionando con R-448A y debido a su ubicación no condensaba correctamente. No hay forma de desplazar el equipo, pero tenemos una central frigorífica con R-134a en régimen de media temperatura donde le sobra la potencia.
No quitamos el condensador de aire del grupo de congelados y le añadimos un condensador de placas soldadas a la salida del condensador.
En la parte de R-134a se montó la valvulería como si fuese otro servicio frigorífico más de la central frigorífica, con sus válvulas de corte. En la línea de líquido se pone un filtro, una electro válvula solenoide i una válvula de expansión paso-a-paso. A la salida del intercambiador de placas se monta una válvula KVP para controlar la presión de evaporación. La central de R-134a evapora a -10ºC y nosotros no necesitamos tanto. La presión de la KVP se dejó a +2ºC
En la parte de R-448A solo se montaron válvulas de corte. Una de by-pass para dejar en funcionamiento el circuito de congelados en caso de avería del intercambiador. Además, ajustó el presostato de condensación para que el ventilador del condensador funcione solo en caso de que el intercambiador de placas no rinda.
En la parte de R-134a se puso un controlador electrónico para la válvula de expansión con medición de la temperatura del líquido de R-448A para que no bajase demasiado, puesto que la línea de líquido no está aislada y si bajamos demasiado puede condensar.
Mejoras obtenidas
En principio no se buscaba una mejora en el rendimiento, pero debido a la bajada de la presión de condensación el grupo de congelados mejoró su rendimiento notablemente. La mejora substancial fue que el equipo rinde muchísimo aunque sea verano y en el exterior tengamos altas temperaturas, puesto que la condensación no depende de la temperatura exterior.
Desde que se montó este sistema, el grupo de congelados ha funcionado sin parar y sin ningún problema.